深入理解 EVM 存儲機制及安全問題_ADD

前言

EVM是一個輕量級的虛擬機，其設計初衷就是提供一種可以忽略硬件、操作系統等兼容性的虛擬的執行環境供以太坊網絡運行智能合約。

簡單來說EVM是一個完全獨立的沙盒，在EVM中運行的代碼是無法訪問網絡、文件系統和其他進程的，以此來避免錯誤的代碼能讓智能合約毀滅或者影響外部環境。

在此基礎上，知道創宇區塊鏈安全實驗室帶大家一起深入理解EVM的存儲機制和安全問題。

EVM存儲結構

可以看到EVM存儲數據分為兩類：

存儲在code和storage里的數據是non-volatile(不容易丟失的)

聲音 | 北郵教授：5G的本質是無限連接 將促進區塊鏈等技術的深入發展:據澎湃新聞消息，5月26日下午，2019中國國際大數據產業博覽會舉行“5G重構數字社會基礎生態”高端對話，中國信息經濟學會副會長、北京郵電大學教授呂廷杰在會上表示，5G循序漸進的發展一定會帶來一個完全不同的社會，它會使社會的效率更高，因此也會涉及到更大的安全問題。他指出，5G的本質是無限連接，連接產生了高價值的關鍵數據，未來的大數據會有全新的飛躍，將促進人工智能、區塊鏈等技術的深入發展，生產很多新的架構和生態，必將重構數字經濟的生態，在未來5-8年會滲透到生活的方方面面，也將改變10年以后的整個社會的游戲規則。[2019/5/26]

存儲在stack，args，memory里數據是volatile(容易丟失的)

聲音 | 法中委員會秘書長林碧溪：中法兩國深入區塊鏈及人工智能合作:據人民網消息，2018年第五屆中法團隊合作創新獎即將在巴黎揭幕，法中委員會秘書長林碧溪表示，今年提交的候選項目中，區塊鏈、人工智能、數字化工具的項目明顯增加，且涉及領域非常廣泛，覆蓋核電站老化預測的解決方案、區塊鏈學歷認證及智慧城市能源管理等領域。林碧溪指出，中法兩國創新合作的多樣性，體現在創新合作的跨領域特征中。當今世界技術革新非常迅速，從區塊鏈、人工智能到數字應用，都需要中法合作團隊及時掌握并適應形勢，才能致力于開發未來的新技術。[2018/11/30]

各個存儲位置的含義

Code

西安高新區：聚焦區塊鏈等技術，深入實施“金融創新攻堅大行動”:據西安日報報道，西安高新區今年將全面實施八大行動。西安市將深入實施“金融創新攻堅大行動”，聚焦區塊鏈、人工智能和大數據等金融科技熱點，形成“一帶兩港一基地”金融產業發展新格局。[2018/5/2]

code部署合約時儲存data字段也就是合約內容的空間，即專門存儲智能合約的二進制源碼的空間

Storage

Storage是一個可以讀寫修改的持久存儲的空間，也是每個合約持久化存儲數據的地方。Storage是一個巨大的map，一共2^256個插槽(slot)，每個插糟有32byte，合約中的“狀態變量”會根據其具體類型分別保存到這些插槽中。

趙鷂：政府部門是否應該大膽的鼓勵推廣區塊鏈需要深入思考:今日，中國政法大學金融創新與互聯網金融法治研究中心副秘書長、中國社科院金融研究所支付清算研究中心特約研究員趙鷂發表文章稱，區塊鏈技術本身的價值中立性并不會帶來基于區塊鏈的經濟社會活動的價值中立，當我們還沒有準備好如何應對區塊鏈大規模應用所產生的新的、深層次的社會、經濟、金融風險時，政府部門是否應該大膽的鼓勵、推廣，這是需要深入思考的。就好比核能發電，我們沒有完全掌握安全、可控的核聚變技術就能用于生產發電嗎？顯然是不可能的。所以，面對區塊鏈、人工智能等各種破壞性創新技術的推廣應用，特別是金融科技的發展，政府、學界、業界和媒體要頭腦冷靜，切莫用“不可控核聚變發電”。[2018/2/27]

Stack

stack即所謂的“運行棧",用來保存EVM指令的輸入和輸出數據。可以免費使用，沒有gas消耗，用來保存函數的局部變量，數量被限制在16個。stack的最大深度為1024，其中每個單元是32byte。

Args

args也叫calldata，是一段只讀的可尋址的保存函數調用參數的空間，與棧不同的地方的是，如果要使用calldata里面的數據，必須手動指定偏移量和讀取的字節數。

Memory

Memory一個簡單的字節數組，主要是在運行期間存儲數據，將參數傳遞給內部函數。基于32byte進行尋址和擴展。

EVM數據存儲概述

前面已經說過Storage是每個合約持久化存儲數據的地方其儲存數據的方式是通過插槽來實現的，現在就具體介紹它是怎么實現的：

狀態變量

1.對于大小在32字節以內的變量(常量)，以其定義的順序作為它的索引值來存儲。即第一個變量的索引為key(0)，第二個變量的索引為key(1)...

2.對于連續較小的值，可能被優化存儲在同一個位置，比如：合約中前四個狀態變量都是uint64類型的，則四個狀態變量的值會被打包成一個32字節的值存儲在0位置。

未優化：

pragmasolidity^0

??functionm()?externalreturns(uint256,uint256){????Infostorageinfo;????info

??functiontest(bytes32_name,address?_mappedAddress)public{????Personperson;????person.name=_name;????person.mappedAddress=_mappedAddress;????require(unlocked);?}}

漏洞合約分析：

可以看到該合約在函數部分創建新的結構體時沒有進行初始化，由此我們可以利用該函數進行對owner的修改。不過使用該函數我們還要通過require驗證，不過這也不難因為狀態變量unlocked也同樣在我們可控的范圍內。

具體操作：

調用test函數分別傳入向_name傳入：0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001(真值)

_mappedAddress傳入：0xfB89eCb0188cb83c220aADDa1468C1635208e821(個人地址)

傳參前：

傳參后：

可以看到已經成功更改了地址。

總結

可以看到EVM的存儲器就是一個key=>value的健值數據庫，存儲的數據可以通過校驗和來確保一致。但是其也是和智能合約語言進行交互的，當其中一些規則發生沖突很可能就被別有用心的人用來作惡，所以規范的使用智能合約語言是避開漏洞的必要條件。

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